Введение
На рынке гелей для ногтей (отверждаемых) и лаков для ногтей (высыхающих на воздухе) представлено широкое разнообразие продуктов - от прозрачных до черных, включая все цвета радуги. Несмотря на то, что первым критерием selection часто является эстетический, потребитель также хочет получить продукт, который будет практичным в применении и обеспечит желаемое покрытие и эффективность. Для этого идеальный гель или лак для ногтей должен быть на ощупь относительно жидким и легко наноситься кистью, но не растекаться по ногтю. Время сушки или полимеризации должно быть как можно меньше, а поверхность должна быть гладкой и безупречно выглядеть. Наконец, желательно, чтобы маникюр был долговечным, но при этом его не было слишком сложно удалить.
Некоторые виды гелей для ногтей требуют использования УФ-лампы для полимеризации. Эти продукты содержат фотоинициатор, который запускает реакцию полимеризации, как только гель контактирует с подходящими длинами волн, излучаемых лампой.
Время экспозиции, длина волны и интенсивность лампы имеют большое значение для правильного отверждения геля для ногтей.
Экспериментальный
УФ-отверждение трех гелей для ногтей было охарактеризовано двумя различными методами:
- Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК): использовалась для получения информации о скорости и времени отверждения.
- Вращательная реометрия для определения изменения модуля упругости геля для ногтей во время УФ-облучения.
Образцы были красного, черного и прозрачного цветов. Прозрачный образец содержал взвешенные глиттеры.
В таблице 1 приведены условия, в которых проводились испытания трех различных образцов.
Таблица 1: Условия измерений
| ДСК | Устройство | DSC 300 Caliris® с H-модулем |
|---|---|---|
| Масса образца | 3.0 мг | |
| Тигель | Concavus®® (алюминиевый, открытый) | |
| Температура | 30°C (изотермический) | |
| Атмосфера | Азот (20 мл/мин) | |
| Лампа | Omnicure® S 2000 (диапазон длин волн: от 320 до 500 нм) | |
| Продолжительность экспозиции | 180 s | |
| Вращательная реометрия | Прибор | Kinexus |
| Геометрия | PP8 (пластина/пластина, диаметр: 8 мм) | |
| Зазор | 250 мкм | |
| Температура | 25°C | |
| Атмосфера | Окружающая среда (воздух) | |
| Лампа | Omnicure® S 2000 (диапазон длин волн: от 320 до 500 нм) | |
| Продолжительность экспозиции | 30 s |
ДСК - принцип действия
Согласно ISO 11357, ДСК с тепловым потоком - это метод, в котором разница между скоростью теплового потока в тигель с образцом и в эталонный тигель определяется как функция температуры и/или времени. Во время такого измерения образец и эталон подвергаются одной и той же контролируемой программе температуры/времени и атмосфере.
Вращательная реометрия (измерение колебаний) - принцип действия
Верхняя пластина колеблется с определенной частотой f [Гц] (или ω [рад/с]) и амплитудой [%] (или деформацией сдвига γ [%]), γ = γo + sin (ωt).
Определяется напряжение сдвига σ [Па], необходимое для этого колебания: σ = σ0 + sin(ωt+δ).
Результат: Определены вязкоупругие свойства образца, в частности его комплексная жесткость G* (|G*| в [Па]).
"Фазовая" часть G* связана с упругими свойствами (→ G', модуль сдвига при хранении), "внефазовая" - с вязкими свойствами (→ G'', модуль сдвига при потере) вязкоупругого материала.
Термический анализ и скорость отверждения
Эффекты отверждения можно наблюдать на кривых ДСК в виде экзотермических эффектов. Реакция отверждения может быть инициирована либо теплом, либо ультрафиолетовым светом при использовании ДСК, оснащенной УФ-лампой (фото-ДСК).
На рисунке 1 представлены фото-ДСК-кривые, полученные при УФ-облучении трех гелей для ногтей. Площадь пика представляет собой энтальпию отверждения. Чем выше значение, тем больше энергии выделяется в ходе реакции.
Прозрачный образец, содержащий глиттеры, имеет пик отверждения с самой высокой энтальпией реакции (211 Дж/г). Это не означает, что ему требуется больше времени, чем двум другим, чтобы завершить реакцию. На самом деле он реагирует быстрее всех, о чем свидетельствует наклон кривой перед достижением максимума: Он самый крутой для этого материала. Рисунок 2, на котором изображена скорость конверсии для всех трех образцов, иллюстрирует этот результат. Чем выше максимальное значение пика и чем круче наклон перед максимумом, тем выше скорость превращения. Следовательно, быстрее всего отверждается прозрачный образец с глиттерами (пиковый максимум достигается уже через 11,5 с после облучения УФ-светом и сопровождается самой высокой скоростью конверсии 7,0 %/с).
В отличие от этого, черный образец демонстрирует противоположное поведение. Реакция протекает медленнее всего (более плавный наклон кривой перед максимумом, что приводит к кривой скорости конверсии с максимумом 3,8 %/с при 12,3 с) и связана с самым низким выделением энергии (127 Дж/г).
Красный гель для ногтей демонстрирует поведение при отверждении между двумя другими, как по скорости реакции, так и по энтальпии отверждения.
На рисунке 3 представлены кривые комплексного модуля упругости для всех трех образцов. До отверждения все образцы имеют одинаковую жесткость 70-80 Па. Значительное увеличение модуля упругости указывает на начало отверждения. Как и в случае с ДСК, наклон кривой зависит от скорости реакции. Результаты коррелируют с данными, полученными с помощью ДСК: прозрачный гель для ногтей с блестками отвердевает быстрее всего, а черный образец демонстрирует самое медленное отверждение из всех трех образцов.
Образцы отличаются и по конечному модулю. Модуль упругости прозрачного геля с глиттерами увеличивается на 6 декад в процессе отверждения, в то время как у черного геля он составляет менее 4 декад. Это означает, что прозрачный гель демонстрирует самую высокую жесткость после отверждения.
Кроме того, на рисунке 4 показаны кривые G', G'' и δ в процессе отверждения под УФ-светом черного образца. В начале измерения модуль вязкого сдвига (G", синий) выше, чем модуль упругого сдвига (G', красный). Фазовый угол велик (более 80°). Это означает, что при данных условиях измерения, до полимеризации, гель для ногтей ведет себя почти как идеальная вязкая жидкость с очень слабыми упругими свойствами.
Реакция отверждения приводит к увеличению как G', так и G''. Они пересекаются через 7 секунд после УФ-облучения. На практике пересечение означает, что с этого момента сеть, созданная в результате отверждения, достаточно прочна, чтобы предотвратить течение материала на временной шкале, соответствующей 1 Гц. В конце измерения кривые G' и G" все еще растут, хотя этот рост и не является значительным. Облучение УФ-светом инициировало процесс отверждения, который может продолжаться, несмотря на отключение лампы.
Фазовый угол
Фазовый угол δ (δ = G''/G') - это относительная мера вязких и упругих свойств материала. Он варьируется от 0° для полностью упругого материала до 90° для полностью вязкого материала.
Делает ли высокая скорость отверждения образец лучше?
Более быстрое отверждение выгодно для потребителя. Однако конечные свойства маникюра после нанесения, конечно, также важны. Амплитудная развертка после отверждения помогает нам предсказать поведение гелей после полимеризации, предоставляя информацию об их внутренней структуре.
Для этого на рисунке 5 сравниваются линейно-вязкоупругие области двух крайних образцов (прозрачного с глиттерами и черного).
Линейная вязкоупругая область (LVER)В LVER приложенные напряжения недостаточны для того, чтобы вызвать структурное разрушение (текучесть) конструкции, поэтому измеряются важные микроструктурные свойства.LVER-плато черного геля для ногтей шире и имеет более низкий модуль упругости, чем у прозрачного образца, что указывает на то, что отвержденный черный гель, скорее всего, более гибкий.
Даже если прозрачный гель для ногтей отвердевает быстрее, чем черный, он также будет обладать более хрупкими свойствами.
Линейная вязкоупругая область (LVER)В LVER приложенные напряжения недостаточны для того, чтобы вызвать структурное разрушение (текучесть) конструкции, поэтому измеряются важные микроструктурные свойства.LVER - линейная вязкоупругая область
- Линейная вязкоупругая область (LVER)В LVER приложенные напряжения недостаточны для того, чтобы вызвать структурное разрушение (текучесть) конструкции, поэтому измеряются важные микроструктурные свойства.LVER - это диапазон амплитуд, в котором деформация и напряжение пропорциональны.
- В Линейная вязкоупругая область (LVER)В LVER приложенные напряжения недостаточны для того, чтобы вызвать структурное разрушение (текучесть) конструкции, поэтому измеряются важные микроструктурные свойства.LVER приложенные напряжения (или деформации) недостаточны для того, чтобы вызвать структурное разрушение структуры и, следовательно, микроструктуру
Заключение
ДСК и ротационная реометрия - два взаимодополняющих метода для характеристики отверждения гелей для ногтей.
Оба метода позволяют определить скорость отверждения. DSC 300 Caliris® дополнительно предоставляет информацию об энергии, выделяемой во время отверждения, а измерения с помощью Kinexus сравнивают свойства различных продуктов во время и после отверждения.